Totalreflexion
Die Totalreflexion ist ein optisches Phänomen, das auftritt, wenn Licht unter einem großen Einfallswinkel von einem Raumbereich mit einem hohen Brechungsindex auf eine Grenzfläche zu einem Bereich mit einem geringeren Brechungsindex trifft. Der Grenzwinkel lässt sich aus dem Snelliusschen Gesetz ableiten und ist gegeben durch
| Zwei Lichtstrahlen treffen auf eine Grenzfläche. Sie sind farbig markiert, um sie unterscheiden zu können. Auf die Farbe kommt es bei der Totalreflexion nicht an, sofern man die Dispersion außer Acht lässt. Innerhalb des gezeichneten Halbzylinders sei der Brechungsindex () größer als außerhalb (). Für den blau gezeichneten Strahl gelte: , d.h. er wird nicht total reflektiert. Für den schwarz gezeichneten Strahl gelte: , d.h. er wird total reflektiert. |
Die Totalreflexion wird z.B. in Glasfasern und Umlenkprismen angewendet.
| Auch für Strahlteiler kann die Totalreflexion nutzbar gemacht werden. Hier bedient man sich allerdings der frustrierten Totalreflexion (Abk. FTIR="engl". frustrated total internal reflection): Unmittelbar hinter der ersten Grenzfläche, d.h. in einem Abstand, der etwa so groß wie die Wellenlänge des Lichtes ist, befindet sich eine zweite Grenzfläche zu einem Material, das wieder den Brechungsindex besitzt. Das elektromagnetische Feld des Lichtes dringt über eine kurze Distanz in den Bereich mit dem Brechungsindex ein und kann die zweite Grenzfläche erreichen, allerdings abgeschwächt. Im Endeffekt teilt sich der Strahl auf: ein Teil breitet sich in der ursprünglichen Richtung weiter aus, während ein anderer Teil reflektiert wird. Das Intensitätsverhältnis der beiden Strahlen hängt von der Dicke der Schicht mit dem Brechungsindex ab. Im Bild sind die Wellenfronten als schwarze Linien eingezeichnet. Die Beugung des Lichtes ist der Einfachheit wegen vernachlässigt, obwohl sie bei dem in der Zeichnung verwendeten Verhältnis Wellenlänge/Strahldurchmesser eine bedeutsame Rolle spielen würde. |
Siehe auch: Reflexion